Microinjeção: Processo garante exatidão nos parâmetros de peças com peso na casa de milésimos de grama

Plástico Moderno, Microinjeção: Processo garante exatidão nos parâmetros de peças com peso na casa de milésimos de grama
O avanço tecnológico, tanto no desenvolvimento das resinas como no dos equipamentos e acessórios para o seu processamento, abriu campo para aplicações inimagináveis utilizando o plástico, como a produção de micropeças extremamente técnicas, com peso na casa de miligramas, e parâmetros justíssimos de precisão. Áreas como a médico-hospitalar, micromecânica, eletroeletrônica, comunicação, informática e outras aquecem a demanda dessas especialidades em mercados mais desenvolvidos, como o europeu e o norte-americano, mas ainda principiam no país, despertando o interesse dos fornecedores de injetoras no seu potencial de investimento.

Não à toa, quem passou pelos corredores da maior feira nacional da indústria do plástico, a Feiplastic, realizada em São Paulo, em maio deste ano, ficou impressionado com um equipamento que injetava um minúsculo “clip” cirúrgico de poliacetal, com peso de apenas três miligramas (0,003 g), em um molde de quatro cavidades e ciclo de quatro segundos, com 100% de precisão.

Plástico Moderno, Cardenal estima que o investimento se paga no prazo de um a dois anos
Cardenal estima que o investimento se paga no prazo de um a dois anos

Tratava-se de uma célula produtiva da Battenfeld/Wittmann, composta pela injetora Micropower 15/10, maior modelo dessa família de máquinas totalmente elétricas fabricadas pela empresa, com 15 toneladas de força de fechamento; e um robô para remoção das peças, 100% inspecionadas por uma câmara integrada, como detalhou na ocasião o engenheiro de vendas da Battenfeld, Marcos Cardenal.

A exibição teve a proposta de chamar a atenção de quem opera atualmente no mercado brasileiro com a microinjeção na faixa dos décimos de grama e utiliza máquina convencional. A Battenfeld participa desse segmento com o modelo HM 35, de 35 toneladas de força de fechamento. Contudo, acredita oferecer mais vantagens a esses transformadores em sua Micropower de 15 toneladas de força de fechamento, desenhada com a mesma tecnologia dispensada ao modelo mais antigo da linha, o de 5 toneladas de força de fechamento, projetado especificamente para injetar peças com peso da ordem de milésimos de grama. Ambos os equipamentos são portadores de atributos como maior precisão e repetibilidade, possibilidade de galhos menores (sinônimo de ciclos mais rápidos), e redução de custos.

Segundo relata Cardenal, a Battenfeld atua com a microinjeção há vinte anos. Há três incorporou o modelo de 15 toneladas à linha, justamente com a intenção de agregar o segmento de décimos de grama. Ele foi acrescido à série com a intenção de promover a migração dos usuários da injetora convencional para a Micropower, desenvolvida com o foco nas micropeças.

A tecnologia, denominada de dois estágios, embutida nessa família de máquinas é explicada por Cardenal: “O primeiro estágio tem uma rosca de diâmetro de 14 mm, posicionada a 45o, com geometria especial de alta plastificação e homogeneização. Uma vez plastificado o material, um sensor especial controla o volume a ser carregado; o segundo estágio utiliza um pistão de injeção que atinge velocidade na casa de 800 mm por segundo, com alta pressão, que empurra o material plastificado para dentro da cavidade, em alta velocidade.” Segundo informa, toda a operação envolve servomotores de alta precisão.

Plástico Moderno, Micropeças injetadas com tecnologia da Battenfeld
Micropeças injetadas com tecnologia da Battenfeld

Ele ainda relata que essa tecnologia oferece uma ampla janela de processamento, permitindo alcançar rapidamente uma alta estabilidade do processo. “E não só as peças pequenas, como também as micropeças e as nanopeças podem ser fabricadas de forma rentável e com repetibilidade, em um mínimo de tempo”, ressalta.

Cardenal comenta que as micropeças injetadas em máquinas convencionais de pequeno porte apresentam dificuldades para controlar volumes pequenos de injeção, com longos tempos de residência do material dentro do cilindro plastificador, o que pode provocar a degradação do polímero.

Ele também contraindica o uso de injetoras de laboratório com a finalidade de produzir micropeças técnicas. “Não são projetadas, em geral, para alta produção; e com peças de pequeno porte toda a variação no processo ou no material significaria variação na qualidade da peça e aumento do refugo”, justifica, ponderando que equipamentos apropriados aumentam a produtividade, melhoram a qualidade e reduzem custos. Levantamentos da fabricante apontam que a série Micropower pode gerar entre 30% e 50% de economia, em comparação com as máquinas convencionais.

Plástico Moderno, A Micropower 15 quer atrair o mercado de décimos de grama
A Micropower 15 quer atrair o mercado de décimos de grama

Com volumes de injeção desde 0,05 cm3 até 3 cm3, a série Micropower abrange forças de fechamento de 5 toneladas e de 15 toneladas, permitindo produzir peças com peso de injeção entre 0,001 g e 4,0 g. Cardenal lembra que as injetoras destinadas à produção de micropeças requerem velocidades e pressões mais elevadas da injeção, para empurrar o material fundido através dos canais minúsculos de fluxo.

A propósito, o conceito envolve também investimento em molde. O sistema de injeção de dois estágios gera galhos menores, sinônimo de menor quantidade de resina, o que requer um projeto de distribuição da resina no molde igualmente de acordo. Ou seja, não basta trocar de máquina para usufruir das vantagens da tecnologia, que custa entre 60% e 80% a mais que a microinjeção em máquina convencional. Porém, o investimento se paga, nas contas de Cardenal, em torno de um a dois anos, dependendo do tipo de peça produzida.

Ele observa que o mercado brasileiro ainda está em fase de conscientização e desenvolve estudos para os clientes, a fim de evidenciar os benefícios da nova tecnologia e comprovar que o investimento compensa. Além do segmento médico, os principais mercados visados são o de micromecânica e o eletroeletrônico, com peças tais como microengrenagens, microconectores etc. Na última edição da feira alemã Fakuma, a empresa injetou microclips de papel em poliacetal no modelo de 15 toneladas de força de fechamento, em molde de 6 cavidades e ciclos de 4 segundos. “Até esse tipo de peça pode ser produzida com lucratividade nesses equipamentos”, exemplifica.

Como o molde está atrelado à obtenção plena dos benefícios do processo, a Battenfeld dispõe de parceiros que os fornecem, caso o cliente assim prefira. E os sistemas de automação carregam a marca da Wittmann, dona da Battenfeld, e especialista nesses periféricos. Os robôs, do tipo Scara, empregados para a extração das peças nessas microcélulas produtivas são dedicados e especialmente desenhados para tanto. “A inspeção óptica ‘conversa’ com a máquina, com autocorreção em tempo real num primeiro passo; e o equipamento para e não gera refugo, caso não consiga efetuar a autocorreção”, explica Cardenal. Cada um dos dois modelos de injetora da série Micropower dispõe de três diferentes tamanhos de unidade de injeção.

Plástico Moderno, Wender destaca a tecnologia first-in first-out embutida no micromódulo, desenhado para injetoras elétricas
Wender destaca a tecnologia first-in first-out embutida no micromódulo, desenhado para injetoras elétricas

Especializada nas máquinas pequenas – Projetar máquinas pequenas é coisa corriqueira na empresa alemã Arburg, afinal, essa fabricante nasceu com projetos focados na injeção de peças de pequeno porte. “A origem da Arburg é a especialização em peças pequenas”, lembra o seu diretor-geral, Kai Wender, que considera ainda incipiente o mercado brasileiro nesse setor, classificado pela empresa em três áreas: pelo peso, considerando micropeças aquelas abaixo de um grama; pela dimensão, com espessuras de parede inferiores a 10 micrômetros; e pela alta exigência e microtolerância, ou seja, com precisão inferior a 10 micrômetros. “Consideramos esses casos microinjeção”, explica Wender.

Embora mal tenha começado a andar, o mercado brasileiro ensaia alguns passos mais firmes no setor, com iniciativas como a da unidade do Senai de Joinville-SC. Esse núcleo se prepara para abrir um Centro de Desenvolvimento com o propósito de auxiliar a indústria nacional a desenvolver esse segmento no país. “Esse núcleo conta com uma injetora elétrica da Arburg, de 25 toneladas de força de fechamento e rosca de 8 mm”, especifica o diretor.

Um dos diferenciais da empresa consiste em possibilitar ao transformador injetar micropeças em máquinas hidráulicas convencionais com o uso de unidades de injeção conforme a Euromap 30, que podem ter roscas de 18 mm e até de 12 mm. Como explica Wender, tais unidades alcançam volume de injeção mínimo de 0,3 g, significando que a peça pode pesar da ordem de 0,05 g. Essas unidades podem ser acopladas a máquinas com diferentes forças de fechamento.

O diretor ensina uma regra básica para o transformador produzir micropeças com melhor precisão e repetibilidade, e ainda conseguir um controle de processo mais apurado: quanto menor o peso da peça, menor deve ser o diâmetro da rosca. O uso de câmara fria é outro recurso para assegurar melhor precisão aos itens injetados. O processo, porém, requer a resina em microgrânulos. “No caso, por exemplo, da rosca de 12 mm, fisicamente o grão convencional é muito maior e não passa na rosca”, justifica.

Plástico Moderno, Tecnologia first-in first-out embutida no micromódulo, desenhado para injetoras elétricas
Tecnologia first-in first-out embutida no micromódulo, desenhado para injetoras elétricas

A quem possa estranhar o uso de injetoras hidráulicas no processamento de micropeças, Wender apresenta fortes argumentos a favor desses modelos, mesmo nesses casos específicos. “As máquinas hidráulicas – especialmente na injeção que possui deslocamento da rosca muito pequeno – exigem altíssima precisão no acionamento; e uma hidráulica sofisticada pode assegurar os mesmos resultados que uma servoelétrica. No sistema hidráulico, controlamos ativamente a posição da rosca, pressurizamos as duas camadas do pistão de injeção, e assim a rosca é freada ativamente, sem inércia”, pormenoriza, assegurando oferecer precisão compatível ao sistema elétrico.

A alegação de que as máquinas elétricas superam as hidráulicas no quesito limpeza é controversa na opinião de Wender. Para ele, as servomotorizadas também precisam de lubrificação e, dependendo do seu conceito, nem sempre representam sinônimo de limpeza. “No processamento de micropeças, busca-se na unidade de fechamento uma área de sala limpa, com ar filtrado, ionizado e pressão positiva, para evitar qualquer tipo de impureza e isso pode ser feito tanto em máquinas elétricas como nas hidráulicas, com iguais resultados”, compara.

Nada contra as máquinas elétricas. Ao contrário, os desenvolvimentos da Arburg também as contemplam. A fabricante desenhou um micromódulo de injeção, com tecnologia diferenciada, para acoplagem exclusiva nas injetoras servomotorizadas. Seu uso permite injetar peças ainda menores que as obtidas com as pequenas unidades de injeção apropriadas às injetoras hidráulicas.

Plástico Moderno, Série Allrounder All Drive, da Arburg, de 35 toneladas
Série Allrounder All Drive, da Arburg, de 35 toneladas

O micromódulo carrega duas roscas: uma de 18 mm, que plastifica o material (esta rosca permite o uso de resina granulada convencional) e alimenta a outra, de 8 mm. “A primeira rosca, que efetua a plastificação, regula a pressão que garante sempre a mesma alimentação da segunda rosca, por acionamento servoelétrico, regulando a pressão da massa. Essa massa plastificada e homogeneizada entra na rosca de 8 mm, que transporta o material até o anel de bloqueio, então a rosca recua, como uma rosca comum, e depois injeta como um pistão”, detalha Wender. Esse micromódulo, ressalta, destina-se exclusivamente a injetoras totalmente elétricas.

A plastificação é uma etapa crítica no processamento de micropeças, pois ela envolve, como explica o diretor da Arburg, volumes muito pequenos de resina, o que a sujeita à degradação quando exposta por tempo excessivo à alta temperatura. Portanto, os cuidados com tais células produtivas também consideram expor o material às temperaturas elevadas durante o menor tempo possível, condição atingida pelo sistema de seu micromódulo de duas roscas, desenhado com tecnologia first in – first out (o primeiro que entra é o primeiro que sai). “Permite que o tempo de residência do material seja sempre o mesmo, o material novo empurra o velho para a frente, então não há mistura”, argumenta. A rosca menor ainda oferece a vantagem de garantir melhor controle do processo, como exemplifica Wender: “Com 0,5 g de volume de injeção, uma rosca de 15 mm desloca 2,8 mm, enquanto uma rosca de 8 mm desloca 10 mm, o que permite maior controle do processo”, detalha.

Plástico Moderno, Microengrenagens injetadas em equipamentos da Arburg
Microengrenagens injetadas em equipamentos da Arburg

Outra vantagem alegada pelo diretor para esse sistema, que pode ser acoplado a injetoras de 25 t ou 35 t de força de fechamento, é o fato de ele também possibilitar um peso mínimo de injeção de 0,05 g, resultando em peças com milésimos de gramas.“O produto final define a tecnologia”, orienta Wender para a escolha entre os dois sistemas (a pequena unidade de injeção para máquinas hidráulicas ou o micromódulo para injetoras elétricas). Somadas as duas opções, a demanda anual gira em torno de 200 a 300 unidades por ano.

Todas as máquinas carregam a marca Allrounder e são fabricadas na Alemanha. O menor modelo de injetora fabricado pela empresa possui 12,5 toneladas de força de fechamento. A Arburg possui parceiros no Brasil e no exterior que possibilitam o fornecimento de células produtivas completas, incluindo o molde. O diretor da filial brasileira vê bom potencial nas indústrias micromecânica, eletroeletrônica, de transmissão de dados, de informática e aposta no avanço da área médica. Um bom exemplo lembrado por ele são os instrumentos cirúrgicos endoscópicos, que possuem em seu interior componentes extremamente pequenos.

Plástico Moderno, Piazzo garante precisão milesimal e repetibilidade às peças injetadas
Piazzo garante precisão milesimal e repetibilidade às peças injetadas

Recursos inovadores – Lançada há pouco mais de um ano, a série Roboshot Alpha iA da Milacron carrega recursos que lhe atribuem precisão de +/- 0,01 mm em todos os movimentos e repetibilidade com variação de milésimos em gramas no peso do produto injetado. “O que é fantástico para aplicações de microinjeção”, comemora o gerente geral Hercules Piazzo. Ele compartilha a opinião dos outros fornecedores de máquinas de que o mercado brasileiro ainda engatinha no segmento de microinjeção. “Possui algumas empresas-foco, e tem sua demanda, porém não elevada”, define. Ele enxerga como principais mercados as peças técnicas e componentes para equipamentos de precisão, além de componentes para a área médico-hospitalar.

O gerente ensina que a produção de micropeças exige um equipamento de altíssima precisão e repetibilidade, associado a moldes, material e periféricos “à altura da aplicação, pois falamos de peças micro, e qualquer mínima variação poderia resultar no fracasso do processo e colocaria tudo em risco”. Ele ressalta que os sistemas de injeção da Milacron operam com servomotores Fanuc (japoneses) e sistemas de fusos de esferas recirculantes. “Em conjunto, proporcionam altíssima precisão e controle de processo, mesmo em casos extremos como os de microinjeção, ou moldagem de peças de parede fina, outro tipo de processo altamente exigente”, assevera.

Plástico Moderno, Recursos da Roboshot Alpha iA beneficiam fabricante de micropeça
Recursos da Roboshot Alpha iA beneficiam fabricante de micropeça

A extração das peças, como detalha Piazzo, “é feita por meio de um sistema duplo de esferas recirculantes acionado por um servomotor”, que ele categoriza como de altíssima precisão e sensibilidade; e ainda possui um sistema para o monitoramento do torque, o que possibilita o controle total da força necessária e a sensibilidade para evitar a produção de peças refugadas e proteger o molde ao mesmo tempo.

Esses sistemas de servomotores proporcionam uma precisão de centésimos de milímetros. “A cada 360o que o eixo do servomotor gira, são contados 60.000 pulsos, os quais são convertidos em milímetros pelo CNC que controla a máquina injetora, com precisão de +/- 0,01 mm em todos os movimentos do equipamento, independentemente da velocidade programada.”

Segundo aponta Piazzo, a fabricação da Alpha iA é diferenciada em razão da altíssima exigência do processo e do porte do equipamento, desenhado para operar com excepcional repetibilidade e precisão na injeção, além de assegurar estabilidade em altíssimas pressões – atributos que diferenciam esses modelos dos demais. Embora só fabrique as injetoras, disponíveis nessa série desde 5 toneladas até 30 toneladas de força de fechamento, com volumes de injeção desde 4 cm3 até 24 cm3, a Milacron também disponibiliza aos interessados a opção de turn key: célula produtiva com máquina, molde e periféricos. Essas máquinas são construídas no Japão.

Plástico Moderno, Micropeças técnicas injetadas com tecnologia da Sumitomo Demag
Micropeças técnicas injetadas com tecnologia da Sumitomo Demag

O gerente geral atribui à linha Roboshot Alpha iA inúmeros recursos, entre os quais inteligência artificial para a curva de injeção, pressão de injeção, proteção do molde, dosagem e extração. “Aliados à sua repetibilidade e precisão de milésimos, esses equipamentos proporcionam uma moldagem constante e precisa de peças com microvolumes e dimensões”, conclui.

Mais tecnologia japonesa – As máquinas da Sumitomo Demag também disputam esse mercado técnico. Christoph D. Rieker, diretor da empresa, informa que já existem projetos em andamento no país, envolvendo máquinas de 7 t e de 15 t de força de fechamento. “Fornecemos uma máquina totalmente elétrica de 7 toneladas para a injeção de engrenagens de poliamida, para aplicação em relógios contadores de água”, revela. O negócio foi realizado no início deste ano, com uma empresa de São Paulo.

Em outro exemplo, este fora do país, o gerente geral conta que uma empresa europeia adquiriu uma Intelect 50/330-45, com diâmetro de rosca de 14 mm para a produção de tampas de aplicação medicinal. “Trata-se de uma peça com peso de apenas 0,01 g, e isso exige altas precisões e repetibilidade muito exata.”

Plástico Moderno, Micropeças técnicas injetadas com tecnologia da Sumitomo Demag
Micropeças técnicas injetadas com tecnologia da Sumitomo Demag

Como acontece também com as outras fabricantes de injetoras, a Sumitomo dispõe de “kit” de microinjeção, adaptável às máquinas maiores. Segundo informa, o modelo vendido à indústria europeia, de 50 toneladas de força de fechamento, recebeu uma unidade dessas. “O cliente optou por uma injetora de maior porte com o pacote de microinjeção porque queria ter maior flexibilidade na produção.”

Um dos principais recursos igualmente utilizados pela Sumitomo para assegurar uma operação altamente precisa e com repetibilidade são os servomotores. E a unidade para microinjeção é desenhada para elevar ainda mais essa precisão. “São sempre máquinas elétricas”, ressalta, “pois são os servomotores que oferecem a condição de ter essa alta precisão”, complementa.

As máquinas mais demandadas para a produção de micropeças, todas totalmente elétricas, pertencem à linha Intelect, fabricada na Alemanha, com tecnologias japonesa e alemã, com modelos desde 35 t até 450 t de força de fechamento; e à linha SE, produzida na matriz, no Japão, com modelos que começam com 7 toneladas de força de fechamento e possuem rosca de 14 mm. “Todas as máquinas são equipadas com motores elétricos fabricados pela Sumitomo, com os motores acoplados diretamente nos acionamentos, sem necessidade de transmissão adicional”, detalha. Ele informa que os segmentos de microinjeção de peças demandam mais os modelos de 35 t até 50 t de força de fechamento, pois oferecem um ótimo custo/benefício.

Plástico Moderno, Rieker comercializou máquina de 7 toneladas para empresa em SP
Rieker comercializou máquina de 7 toneladas para empresa em SP

A Sumitomo Demag também oferece a opção de chave na mão, inclusa na célula até a inspeção visual. “O molde e os periféricos são um desafio nesse processo, que também requer um ambiente muito limpo, estéril. A dificuldade nesses moldes são as agulhas da câmara quente, mas o seu uso assegura a produção de peças mais bem formadas, é um recurso adicional”, comenta.

O kit de microinjeção pode ser acoplado em injetoras de no máximo 50 toneladas de força de fechamento. Sua rosca possui uma geometria distinta e um bico de injeção igualmente diferenciado. Também acompanha o software zero molding, que confere ainda maior precisão ao equipamento, controlando a injeção de todo o material que entra na cavidade do molde. “É uma garantia adicional de controle de qualidade, que as peças estão sendo fabricadas dentro das especificações”, diz Rieker.

Na opinião dele, a fabricação de micropeças ainda se encontra em fase de difusão também no mercado europeu. “Existe toda uma tecnologia para a montagem desses microcomponentes plásticos nas peças em si”, afere Rieker, que aponta entre os principais mercados a indústria médico-hospitalar, a farmacêutica, e a de eletroeletrônica, com destaque para a área hospitalar. “Equipamentos de diálise são potenciais usuários dessas micropeças plásticas em substituição ao metal e a outros materiais”, exemplifica.

Tecnologia alemã – Reconhecida mundialmente por seus minimodelos de injetoras, a fabricante alemã Dr. Boy também compete nesse segmento de mercado com injetoras hidráulicas ou híbridas. Sem filial no país, a empresa é representada pela Sunnyvale. O seu gerente de vendas para a área de equipamentos especiais e injetoras, Theogil Dias, considera como a principal característica das microinjetoras a sua capacidade de injetar volumes ínfimos de material, sem degradá-lo. A extração das peças do molde, que ele aponta como uma etapa crítica na produção das micropeças, na maioria dos casos, conta nas máquinas Dr. Boy com um sistema que envolve uma mistura de extrator/robô e câmara de visão.

Plástico Moderno, A série Intelect começa com 35 toneladas de fechamento
A série Intelect começa com 35 toneladas de fechamento

A Dr. Boy dispõe dos modelos XS e XSV com força de fechamento de 10 toneladas. Para micropeças maiores, indica outro modelo, o 22 E, acionado por servomotor. Essas máquinas, como informa o gerente, comportam a injeção de peças com pesos que variam de centésimos de grama até alguns gramas.

Uma novidade fica por conta do lançamento recente de tecnologia que permite a multi-injeção em micropeças. Além dos mercados já vislumbrados pelos outros fabricantes de máquinas para impulsionar a tecnologia no país, Dias menciona a indústria automotiva, mas vê especial oportunidade na área eletrônica.

A tendência de compactação e miniaturização em quase todos os segmentos da indústria avança com força ano a ano, como comprova a nanotecnologia. A viabilidade tecnológica de produzir no país peças de tamanhos ínfimos com precisão absoluta oferece à indústria brasileira do plástico a oportunidade de também trilhar esse caminho, em sintonia com o que acontece nos paí­ses avançados.

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado.

Adblock detectado

Por favor, considere apoiar-nos, desativando o seu bloqueador de anúncios